[高等教育]2002-2011年机电一体化系统设计自考历年真题及答案

1、二、简答题（本大题共8小题，每小题4分，共32分）11、处理“机”与“电”关系采用哪些设计思想？12、机电一体化设计过程包括哪些内容？13、试说明液体动压支承的工作原理。14、什么是直流伺服电动机？它有怎样的工作特点？15、永磁式步进电动机的结构及特点是什么？16、步进电动机的单、双极性驱动电路，各自的特点是什么？适用范围是什么？17、半闭环控制系统的定义及特点是什么？18、数控机床通常采用插补器生成运动控制指令，其中插补的概念是什么？24、某他励直流电动机，电枢电阻为0.4,额定电压为220v，额定电流为40a，额定转速为1000r/min,负载转矩为恒转矩负载，大小为额定转矩的一半，求此时

2、电动机在额定电压下的转速和电枢电流的大小。25、考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标为（0,0）,终点坐标为（12,10）,两轴速度限制分别为，加速度限制分别为。试设计三次多项式样条函数点位控制指令。27、设计一台电动机按要求动作的plc控制系统。具体要求：系统只有一个按钮。按一下，电动机正转5s再反转5s,如此重复3次后自动停止。试完成设计任务：（1）列出plc系统资源分配表；（2）画出梯形图程序。2009年4月自学考试全国机电一体化系统设计试卷(课程代码 2245)一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填

3、写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1 系统中用于提供驱动力改变系统运行状态，产生所希望运动的模块称为 【 】 a驱动模块 b接口模块 c .微计算机模块d测量模块2 根据传动轴的不同特点，可选用不同类型的传动部件。要求传动轴相交的传动部 件为 【 】 a直齿圆柱齿轮 b斜齿圆柱齿轮 c直齿锥齿轮 d蜗轮蜗杆3 齿轮副的间隙会造成齿轮传动的回差，属于柔性消隙法的结构是 【 】 a调整中心距法 b选择装配法 c带锥度齿轮法 d压簧消隙结构4 某光栅的条纹密度是l00条mm，要用它测出1m的位移，应采用的细分电路是【 】 a四倍频 b八倍频 c十倍频 d十六倍频5 下列电动机中，没有绕组和磁

4、极的电动机是 【 】 a直流电动机 b超声波电动机 c永磁同步电动机d交流感应电动机6 下列操作中可以使直流伺服电动机的理想空载转速升高的是 【 】 a.增大电枢电阻 b.减小电枢电压 c增大电枢电压 d.减小电枢电阻7采样一数据系统中，若考虑系统的抑制干扰能力时，采样速率应为闭环系统通频 带的 【 】 a .10倍以上 b5倍 c .2倍 d.(0.11)倍8 . 自动导引车在平面上运动，一般具有的运动自由度是 【 】 a2个 b3个 c .4个 d6个9 . 属于模块化小型plc，并能满足中等性能应用要求的plc系统是 【 】 asimat ic s7-200plc b simatic s

5、7-300plc c simatic s7-400plc d. simatic net10载入一个动合触点的指令是 【 】 aor0.00 bldnot0.00 cand 0.00 d .ld 0.00二、简答题(本大题共8小题，每小题4分，共32分)11机电一体化的所渭“4a革命”是指什么?12.机电一体化设计中，“增强机械系统”的设计思想是什么?13试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。14他励式直流电动机电枢接额定电压情况下空载运行，如果励磁线圈突然断线，电机 是否会停转?为什么?15怎样控制步进电动机输出轴的角位移、转速及转向?16什么叫作步距角?它与哪些因素有关?若系统的步进电动机选

6、定以后，还想进一步 减小步距角，可采用何种方法?17在实际系统中，数字pid控制器的两种实现方式是什么?18机器人按照控制水平可以分为哪三种类型?哪一类肌器人运动控制水平最高？三、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)19题19图所示为双波传动谐波齿轮减速器的原理图。已知：柔轮的齿数为200，刚轮 的齿数为202，波发生器的转速为1280 rmin。 求：(1)刚轮固定、波发生器输入时，柔轮输出的传动比。 (2)刚轮固定、波发生器输入时，柔轮输出的转速。(3)柔轮固定、波发生器输入时，刚轮输出的转速。 20题20图所示，已知：u=12v，r=9 k电位器共长60mm，现测出uo(t)=

7、4v 试问电位器活动端现移动到什么位置? 21四相步进电动机，转子50个齿。若单拍制的塌大静转矩为0.1n m，试计算双拍制 运行时的启动转矩t和裕量角。22某直流电机伺服系统结构如题22图所示，已知：四、简单应用题(本大题共3小题，每小题6分，共18分)23采样保持器的作用是在ad进行转换期间保持采样输入信号大小不变。试绘制出 表示采样保持器的基本电路原理图并说明之。24.一台他励直流电动机额定电压为440v，额定电流为76.2a，额定转速为1050r/min， 电枢绕组电阻为o393，试计算电动机的堵转转矩th为多少(n*m)?25.采用数字微分分析法产生某常速度分布情况的控制指令信号方案

8、。位置寄存器p和 速度寄存器v的字长为l6位带符号小数v中的二进制小数为000000010100111 . 时钟频率为10000hzp寄俘器的初始内容为0，试求： (1)p寄存器产生第一个溢出脉冲时所需的加法次数。 (2)完成588647次加法所输出的脉冲数。五、综合应用题(本大题共2小题，每小题10分，共20分)26某位置反馈系统如题26图所示，已知： 电动机时间常数t=02s，k=01v()， k=400(rmin)v， k=05(rmins)，求： 。 (1)=0时系统的摄大超调量%彩和调整时间t(按=2计算)； (2)欲使系统具有最佳阻尼比，增设转速负反馈校正，确定的值； (3)校正后

9、，系统的开环增益k及单位速度输入时的稳态误差。 27.设汁某机构按要求动作的plc控制系统 动作要求： 按一次起动按钮，机构上升至限定位置，停3s，自动下降至原位后自动停。(提示： 原位置，上升限定位置采用行程开关检测。) 设计任务：(1)列出plc系统资源分配表： (2)画出梯形图。2009年4月全国自考机电一体化系统设计参考答案2008年4月自学考试机电一体化系统设计试卷(课程代码 2245)本试卷共10页，满分100分；考试时间150分钟。一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或

10、未选均无分。1利用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统称 【 】 a伺服系统 b自动引导车 c工业机器人 d数控系统2在机电一体化系统设计中，齿轮系常用于伺服系统传动机构中，作用是 【 】 a减速，增矩 b增速，增矩 c增速，减矩 d减速，减矩3导轨副用于引导运动部件的走向。若导轨副机构简单、阻尼系数大、刚度大，但易产生低速爬引现象，则导轨副为 【 】 a滚动导轨副 b气浮导轨副 c液体静压导轨副 d滑动导轨副4利用几个传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这些单元输出的总和，这种测量技术被称为 【 】 a平均技术 b差动技术 c开环技术 d闭环技术5下列几种电动机中，不属于固定磁阻电动机

11、的是 【 】 a直流电动机 b永磁同步电动机 c步进电动机 d交流感应电动机6下列特性中，不属于超声波电动机的优点的是 【 】 a低速大转矩 b无电磁噪声、电磁兼容性好 c价格低廉 d动态响应快7pid控制器中，p的作用是 【 】 a降低系统稳态误差 b增加系统稳定性 c提高系统无静差度 d减小系统阻尼8下列对“路径”和“轨迹”区别的描述不正确的是 【 】 a路径只代表与轨迹有关的位置信息 b路径是代表在空间直角坐标系或机器人连杆坐标系中运动的位置时间曲线 c轨迹是具有适当速度和(或)加速度信息的路径 d轨迹控制不仅要求路径连续，而且要求速度连续9simatic s7-300plc是 【 】

12、a中、高档性能的plc b人机界面硬件 c模块化小型的plc d超小型化的plc10设计梯形图时，串联一个动合触点000对应的助记符语句是 【 】 aandnot 000 band 000 cor 000 dor not 000二、简答题(本大题共8小题，每小题4分，共32分)11机电一体化系统中，机械受控模块的作用是什么?12机电一体化设计思想是什么?13滚珠丝杠螺母副的间隙消除和预紧方法有哪几种?14直流伺服电动机的调节特性的含义是什么?什么是直流伺服电动机的失灵区?15什么是步进电动机?其转速、转角取决于什么?16对步进电动机驱动电路有什么要求?17全闭环控制系统的定义及特点是什么?l8

13、什么是数字微分分析法?三、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)19如题19图所示，已知双波传动谐波齿轮减速器中，柔轮齿数zr=200，刚轮齿数zg=202，波发生器转速nh=1500rmin。试求：(1)刚轮固定时柔轮的转速nr? (2)柔轮固定时刚轮的转速ng?20如题20图所示，用每转2000条刻线的增量编码器测电动机转速，已知时钟脉冲为2mhz，在10个编码器脉冲间隔的时间里，计数器共计数10000个时钟脉冲，试求电动机转速n? 21某五相步进电动机转子有36个齿，采用二相三相运行方式。 试计算：(1)步距角s为多少? (2)若要电动机以200 rmin的速度旋转，输入脉冲频率

14、f为多少? (3)若要电动机旋转1周半，其输入脉冲数为多少?22某伺服系统结构如题22图所示，已知：kp=60vrad，kf=o.24vsrad，ra=3，kn=2.5103vv，kt=7.1nma求：(1)系统增益k： (2)伺服刚度kr。四、简单应用题(本大题共3小题，每小题6分，共18分)23设计一个典型二阶rc有源低通滤波器的电路原理图。24一台他励直流电动机，额定电压为220v，额定电流为l16a，额定转速为1500r/min，电枢绕组电阻为0.174，试计算理想空载转速为多少(rmin)?25考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标为(1，1)，终点坐标为(13，11)，两轴速度限

15、制：vxmax=vymax=6，加速度限制：axmax=aymax=2，试设计三次多项式样条函数点位控制指令。五、综各应用题(本大题共2小题，每小题10分，共20分)26控制系统的结构图如题26图所示，已知g(s)= ，gc(s)=ts+l (1)当t=0时，试确定系统的自然频率n，阻尼比和最大超调量%； (2)欲希望系统成为最佳阻尼比状态，试确定t值；(3)校正后，系统的开环增益和单位速度输人时的稳态误差essv。 27设计一台电动机按要求动作的plc控制系统。 具体要求：系统只有一个按钮。按一下，电动机正转10s再反转10s后自动停止。 试完成设计任务：(1)列出plc系统资源分配表。 (

16、2)画出梯形图程序。 (3)写出对应的助记符指令。2008年4月机电一体化系统设计参考答案2007年4月自考全国机电一体化系统设计试题课程代码：2245一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或 未选均无分。1受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度的一种反馈控制系统称为 【 】 a数控机床 b伺服系统 c自动导引车 d顺序控制系统2若两平面之问的油液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而可以承载。利用这一原理设计出各种形式的滑动摩擦支承轴系为 【 】 a液体静压支承 b气体静压支承

17、c气体动压支承 d液体动压支承3对于减速传动系统，若最后一级的间隙对系统精度影响最大，则传动比 【 】 a小于1 b等于l c大于1 d小于等于14某光栅条纹密度为每lmm刻100条，光栅条纹的夹角为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度w为 【 】 a0.1mm b1mm c2mm d5mm5某传感器是一种输出电压随转子转角变化的角位移测量装置，且仅能用来测量角位移。该传感器为 【 】 a旋转变压器 b感应同步器 c光栅 d磁栅二、名词解释题（本大题共5小题，每小题3分共15分）15.线性系统、定常系统16.齿轮系传动的最佳速比17.直流伺服电动机的机械特性18.直流电动机线性驱动电路19.反应式

18、步进动机三、问答题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）20.简述典型机电一体化系统中的微处理机模块21.题21图为步进电动机单极性驱动电路。试简述图中vt、r、vd、和rf的作用22.在机电一体化系统设计中，“路径”和“轨迹”这两个概念之间有什么区别？23.简述时间/事件驱动顺序控制系统的类型。四、计算题（本大题共3小题，每小题5分，共15分）2007年4月自考机电一体化系统设计参考答案2006年4月自学考试全国机电一体化考试试卷（课程代码2245）本试卷共11页，满分100分，考试时间150分钟。总分题号一二三四五核分人题分1410162016复查人得分得分评卷人复查人一、单项选择题(本

19、大题共14小题，每小题1分，共14分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1有伺服放打器、执行机构、传动装置等组成的模块称 【 】 a机械结构模块 b测量模块 c驱动模块 d接口模块2使滚珠丝杠具有最大刚度的支承方式是 【 】a双推双推 b双推简支 c单推单推 d双推自由3机械传动装置在机电一体化系统中是必不可少的，因为在电动机和负载之间经常需要 【 】a匹配转矩和转速 b增加传动功率 c缩小传动功率 d维持转速恒定4用户可通过哪种方法来调节仪表放大器之增益？ 【 】a内部电阻 b外部电阻 c输入电压 d输出电压5于旋转变压

20、器输出电压大小有关的因素是 【 】a转子位置 b转子材料 c转子直径 d转子长度6为提高感应同步器鉴相法工作方式的灵敏度，需要使节距w的尺寸 【 】a增大 b保持不变 c减小 d取任意值7交流感应电动机，对应s=时的转矩称 【 】 a堵转转矩 b负载转矩 c额定转矩 d最大转矩8直流电动机中， 称 【 】 a电动机电磁时间常数 b电动机机电时间常数 c机械系统时间常数 d电动机反电势系数9某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步距1.5，应采用的通电方式为 【 】 a单拍制 b双拍制 c单双拍制 d细分电路10若考虑对系统响应速度的影响，采样数据系统中的采样周期应选为系统最小时间常数的 【 】

21、 a(o.11)倍 b2倍 c5倍 d10倍11在串联校正的比例积分微分(pid)控制器中，i的作用是 【 】 a改善稳定性 b加快系统响应速度 c提高无静差度 d增大相位裕量12一般机器都是多轴的。为完成协调运动，所有运动轴都必须 【 】 a同时启动 b同时停止 c分时启动，分时停止 d同时启动，同时停止13图示利用继电器触点实现的逻辑函数为 【 】 a b c d14梯形图中二网络并联，采用的助记符指令为 【 】 aor band cor str dand str得分评卷人复查人二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分) 15计算机集成制造系统16支承件的静刚度17测量中的量程

22、18直流伺服电动机的调节特性得分评卷人复查人三、问答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分) 20机电一体化设计中，“替代机械系统”的设计思想是什么?21简述步进电动机单极性驱动电路的组成及工作原理。22如何消除因截断误差造成的积累误差?23简述描写时间驱动顺序过程经常采用的方法。得分评卷人复查人四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)24若根据滚珠丝杠副的结构参数查表得系数3,试计算当外部轴向力20000n，轴向预载荷力为3000n时，该滚珠丝杠副的传动刚度是多少?25采用2000条刻线的增量编码器测电动机转速的方法如图所示。已知时钟脉冲为 8mhz,在lo个编码器脉冲问隔的时间

23、里计数器共计200000个时钟脉冲，试求电动机转速n。26.直流电动机t型双极开关放大器电路如题26（a）图 (1)若其基极信号的波形如题26(b)图所，试在该图中画出对应的电枢电压和电枢电流的稳态波形。 (2)若要求、的均值都为零，试在题26(c)图中画出的波形。27三相变磁阻式步进电动机，转子40个齿。要求： (1)计算双拍制的步距角。 (2)若单拍制的最大转距为2nm，计算单双拍制时的启动转矩。得分评卷人复查人五、简单应用题(本大题共4小题，每小题6分，共24分)28题28图“四倍频细分和辨向电路”，图中、为反向器。为单稳触发器。试分析： (1)正向运动时，与或门、的输出脉冲。 (2)反

24、向运动时，与或门、的输出脉冲。29某直流电机电枢电阻50，做电动机使用时电枢加110v电压，空载电枢电流o.1a，空载转速3000rmin。(励磁保持额定状态) (1)电机空载损耗功率为多少? (2)电机的反电动势系数为多少? (3)若电机做发电机用，转速保持2000rrain，外接300 负载电阻，则其电枢电流为 多少?30已知系统结构图如题30图所示。(1)若=25，=0，求阶跃响应的最大超调量( 定义：=100% )和 调节时间 (取=005) （2）当=25，欲使系统为最佳阻尼，确定的值。31xy平面内由(1，1)点以v=2的恒速运动到(9，1)点，设采样周期为0.01s，试求出 两点

25、直线插补的递推计算式。得分评卷人复查人六、综合应用题(本大题共2小题，每小题8分，共16分)33plc控制系统的梯形图如题33图所示。 (1)写出助记符指令程序； (2)列出y1、y2、y4输出变量的布尔代数方程。2006年4月机电一体化系统设计参考答案2004年4月自考全国机电一体化系统设计试卷(课程代码 2245)一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内，错选、多选或未选均无分。1由计算机网络将计算机辅助设计、计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称 a顺序控制系统 b自动导引车系统 c柔

26、性制造系统 d计算机集成制造系统 【 】2易产生低速爬行现象的导轨是 a滚柱导轨 b静压导轨 c滑动导轨 d气浮导轨 【 】3谐波齿轮演变自 a直齿锥齿轮传动 b斜齿锥齿轮传动 c蜗杆副传动 d行星齿轮传动 【 】4机床的调速方法很多，其中最有利于实现自动化，并可简化机械结构的方法是 a机械方法 b液压方法 c电气方法 d气动方法 【 】5码盘式转速传感器采用增量式编码器直接连接到转轴上，产生一系列脉冲，从而得到 a电压信号 b数字式电流信号 c电流信号 d数字式速度信号 【 】6若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用 a莫尔条纹的作用 b细分技术 c数显表 d计算机数字处理 【 】7

27、交流感应电动机，对应s=1的转矩称 a堵转转矩 b最大转矩 c额定转矩 d负载转矩 【 】8直流电动机系统中，称 a电动机电磁时问常数 b电动机机电时间常数 c机械系统时间常数 d电动机反电势系数 【 】9某步进电动机，三相，转子40个齿，欲使其步距0.5，应采用的通电方式为 a单拍制 b双拍制 c单双拍制 d细分电路 【 】10若考虑系统抑制干扰的能力，选择采样周期的一条法则是：采样速率应选为闭环系统通频带的 a5倍 b8倍 c10倍 d10倍以上 【 】11在数控系统中，软伺服系统的系统增益ka为 a(25)1s b(850)1s c(50100)1s d(120150)1s 【 】12考

28、虑多轴系统的运动，若每一根轴都按最快速度运动，其结果必是各轴有先后地到达各自的终点坐标，所形成的轨迹是一条 a直线 b曲线 c圆弧 d折线 【 】 14梯形图中两触点并联，采用的助记符指令为 aor band cor str dand str 【 】二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)15柔性制造系统16开式导轨17闭环技术18直流伺服电动机的机械特性19采样数据系统三、简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分)20机电一体化设计中，增强机械系统的思想是什么?21简述步进电动机双极性驱动电路的组成及原理。22根据数控机床加工作业任务不同，其运动控制分为哪几种类型?并说明其

29、功能。23描写事件驱动过程常用什么方法?四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)24若根据滚珠丝杠副的结构参数，查表得系数，试计算当外部轴向力，轴向预载荷力为5000n时，该滚珠丝杠副的传动刚度是多少。 25若某一光栅的条纹密度为100条mm，现利用光栅莫尔条纹的放大作用，把莫尔条纹的宽度调成10mm，求光栅条纹间的夹角。26某三相感应电动机空载转速1485rmin，电源频率50hz，额定转差率0.04。 该电机为几极，额定转速为多少? 额定运行状态下，定子、转子绕组电势频率各为多少?电机空载时转子绕组电势频率较额定状态时变化如何?27三相变磁阻式步进电动机，转子60个齿。 若单拍制

30、通电的最大转矩为1nm，计算单双拍制时的启动转矩。若要求电机转速为240rmin，计算单拍制通电的输入脉冲频率。五、简单应用题（本大题共4小题，每小题6分，共24分)28要求将电荷放大器与压电传感器组合。使电荷放大器的输出电压与压电传感器的电荷成正比，与反馈电容成反比。试画出压电传感器与电荷放大器的组合电路图。29某直流电动机电枢电阻100，作电动机使用时，电枢加110v电压，空载电枢电流0.1 a，空载转速4000rmin。(励磁保持额定状态) 若用该电机做发电机，仍保持4000 rmin，空载输出电压为多少? 该电机空载损耗为多少? 作发电机时，若转速为2000rmin，外接400负载电阻

31、，则电枢电流为多少?六、综合应用题(本大题共2小题，每小题8分，共16分)2004年4月机电一体化系统设计试题答案第 103 页全国2002年4月机电一体化系统设计答案课程代码：02245一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分) 1.b 2.a 3.d 4.c 5.c 6.c 7.b 8.b 9.c 10.b 11.b 12.c 13.a 14.b 二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)15.机械与电子的集成技术。16.指轴系抵抗冲击、振动、噪声的特性。17.输出变化量与对应的输入(被测量)变化量的比值。有时称为增量增益或标度因子。18.以电子换向取代了传统直流电动机的电刷换向，又称无刷电动机